[논문 리뷰] 3D self-consistent N-body barred models of the Milky Way: I. Stellar dynamics

R. Fux|ArXiv.org|1997. 06. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 COBE/DIRBE K-band 지도와 운동학적 제약 조건을 사용하여 항성 역학을 모델링함으로써 은하수의 납작한 기둥형 구조에 대한 3차원 자기일관성 있는 N체 시뮬레이션을 제시한다. 이는 기둥의 기울기를 28°±7°, 패턴 속도를 50±5 km/s/kpc, 면에서 본 축 비율을 0.5±0.1로 발견하였으며, 지역 운동학, 표면 밀도 및 마이크로렌즈링의 광학적 깊이와 일치하는 모델을 제공하여 일정 두께의 디스크와 태양 단위보다 큰 0.7 이상의 부두 질량-광도 비율을 지지한다.

ABSTRACT

Many 3D N-body barred models of the Galaxy extending beyond the Solar circle are realised by self-consistent evolution of various bar unstable axisymmetric models. The COBE/DIRBE K-band map, corrected for extinction, is used to constrain the location of the observer in these models, assuming a constant mass-to-light ratio. The resulting view points in the best matching models suggest that the inclination angle of the Galactic bar relative to the Sun-Galactic centre line is 28+-7 degree. Scaling the masses according to the observed radial velocity dispersion of M giants in Baade's Window, several models reproduce satisfactorily the kinematics of disc and halo stars in the Solar neighbourhood, as well as the disc local surface density and scale parameters. These models have a face-on bar axis ratio b/a=0.5+-0.1 and a bar pattern speed Omega_p=50+-5 km/s/kpc, corresponding to a corotation radius of 4.3+-0.5 kpc. The HI terminal velocity constraints favour models with low disc mass fraction near the centre. The large microlensing optical depths observed towards the Galactic bulge exclude models with a disc scale height hz<250 pc around R=4 kpc, arguing for a constant thickness Galactic disc. The models also indicate that a spiral arm starting at the near end of the bar can contribute as much as 0.5x10^(-6) to the optical depth in Baade's Window. The mass-to-K luminosity ratio of the Galactic bulge is probably more than 0.7 (Solar units), and if the same ratio applies outside the bar region, then the Milky Way should have a maximum disc.

연구 동기 및 목표

• 관측된 운동학적 및 광학적 자료를 재현하는 자기일관성 있는 3차원 N체 모델을 개발함으로써 은하수의 기둥형 구조를 모델링한다.
• COBE/DIRBE K-band 지도와 M형 거성의 경량 속도 분산을 사용하여 기둥의 방향, 패턴 속도 및 질량 분포를 제약한다.
• 모델이 태양계 근처의 지역 항성 운동학, 표면 밀도 및 스케일 매개변수를 재현할 수 있는지 테스트한다.
• 모델이 은하수 부두 방향의 HI 종단 속도 자료와 마이크로렌즈링의 광학적 깊이와 얼마나 호환되는지 평가한다.
• 부두의 질량-광도 비율을 추론하고, 디스크의 최대 질량과 두께에 대한 영향을 평가한다.

제안 방법

• 기울기 불안정성을 유도하는 축대칭 모델을 자발적으로 진화시켜 은하수의 3차원 N체 시뮬레이션을 생성한다.
• 관측자 위치와 기둥의 방향을 제약하기 위해 고려된 흡착 보정을 거친 COBE/DIRBE K-band 지도를 사용한다.
• 관측된 K-band 빛의 강도를 일치시키기 위해 일정한 질량-광도 비율을 적용하고 질량 분포를 유추한다.
• Baade의 창에서 M형 거성의 경량 속도 분산을 사용하여 지역 운동학을 일치시키기 위해 모델 질량을 조정한다.
• 모델 예측을 디스크와 허브의 표면 밀도, 스케일 길이 및 스케일 높이와 비교한다.
• HI 종단 속도 자료와 마이크로렌즈링의 광학적 깊이 제약 조건을 통합하여 디스크 두께나 질량 분율이 일치하지 않는 모델을 배제한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양-은하 중심선에 대한 기둥의 기울기와 패턴 속도는 무엇이어야 관측된 K-band 형태와 태양계 근처의 운동학을 가장 잘 재현할 수 있는가?
• RQ2 자기일관성 있는 N체 모델은 은하수 디스크의 지역 항성 표면 밀도와 스케일 매개변수를 재현할 수 있는가?
• RQ3 HI 종단 속도 자료와 마이크로렌즈링의 광학적 깊이 제약 조건은 중심 디스크 질량 분율과 스케일 높이에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ4 은하수 부두의 질량-K 빛 방출 비율은 무엇이며, 전체 질량 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 기둥의 가까운 끝에서 시작하는 나선 팔이 Baade의 창에서 마이크로렌즈링의 광학적 깊이에 유의미한 기여를 할 수 있는가?

주요 결과

• COBE/DIRBE K-band 지도와의 일치를 바탕으로 태양-은하 중심선에 대한 기둥의 기울기는 28°±7°이다.
• 기둥 패턴 속도는 50±5 km/s/kpc이며, 이는 4.3±0.5 kpc의 공진 반경에 해당한다.
• 면에서 본 기둥 축 비율은 0.5±0.1로 관측된 기둥 형태와 일치한다.
• 관측된 마이크로렌즈링의 광학적 깊이를 일치시키기 위해 R≈4 kpc에서 일정한 디스크 스케일 높이(≥250 pc)가 필요하다.
• 기둥의 가까운 끝에서 시작하는 나선 팔은 Baade의 창에서 최대 0.5×10⁻⁶의 광학적 깊이에 기여할 수 있다.
• 은하수 부두의 질량-K 빛 방출 비율은 0.7 태양 단위 이상일 가능성이 높으며, 이는 기둥 영역 외부에 동일한 비율이 적용될 경우 최대 디스크 질량을 암시한다.